氧化鎵薄膜的制備及氫退火研究.pdf

1、氧化鎵作為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料具有4.2-4.9eV的帶隙寬度，共有五種同分異構(gòu)體，包括α-Ga2O3、β-Ga2O3、γ-Ga2O3、δ-Ga2O3和ε-Ga2O3。其中，β-Ga2O3的熱穩(wěn)定性最強，其他四種結(jié)構(gòu)的氧化鎵在高溫下可以向β相轉(zhuǎn)化，其擊穿場強最高可達(dá)8MV/cm，ε-Ga2O3的熱穩(wěn)定性僅次于β相。在非故意摻雜情況下制備的氧化鎵薄膜具備高阻特性或成弱n型，n型氧化鎵材料的制備可以通過Sn或Si摻雜等方法實現(xiàn)。由于氧化鎵

2、材料具備的優(yōu)異特性，使其在透明導(dǎo)電薄膜、大功率器件、紫外探測器件等方面具有重要的應(yīng)用潛力。氧化鎵材料的制備手段比較多，常用方法主要包括:磁控濺射、脈沖激光沉積、噴霧熱解、分子束外延以及金屬化學(xué)氣相沉積等。其中MOCVD技術(shù)（Metal-orgnic Chemical Vapor Desposition 金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積法）作為化學(xué)氣相沉積法的一種最新技術(shù)，其具備精準(zhǔn)可控，并可大規(guī)模用于工業(yè)化生產(chǎn)的特點被廣泛使用。本文通過MOC

3、VD技術(shù)外延生長了β及ε相氧化鎵薄膜，并研究了氫退火對ε相氧化鎵性質(zhì)的影響。內(nèi)容主要包括以下兩部分:
　　1、通過MOCVD技術(shù)在GaAs襯底上外延生長β-Ga2O3薄膜，研究生長壓強對材料特性的影響。在不同生長壓強下制備的氧化鎵薄膜的表面相貌、晶體質(zhì)量以及電學(xué)特性的測試則通過掃描電鏡、X射線衍射及I-V測試等方法實現(xiàn)。結(jié)果表明生長壓強會對外延生長的速率和晶體的擇優(yōu)生長取向產(chǎn)生影響。由于外延生長的氧化鎵薄膜具有高阻特性，超出了Ha

4、ll測試儀的測試范圍。所以，我們制備Au/β-Ga2 O3/n-GaAs/Au結(jié)構(gòu)，通過測試其I-V特性對電學(xué)特性進(jìn)行了表征。最終，發(fā)現(xiàn)在5000Pa下外延生長的氧化鎵薄膜具備較高的晶體質(zhì)量。
　　2、采用MOCVD制備了ε-Ga2O3薄膜樣品，利用X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紫外可見分光光度計和半導(dǎo)體特性分析儀等表征手段，研究了樣品在氫氣氛圍下，經(jīng)不同溫度退火處理后的晶體質(zhì)量、光學(xué)特性和電學(xué)特性。實驗結(jié)果表

5、明，800℃退火條件下，ε相氧化鎵開始向β相轉(zhuǎn)化，當(dāng)退火溫度達(dá)到900℃時，完成β相轉(zhuǎn)變;當(dāng)退火溫度進(jìn)一步升高到1000℃時，由于氫氣的強還原作用將氧化鎵薄膜全部分解。在樣品相變過程中，伴隨著ε-Ga2O3薄膜表面晶粒逐漸變大，當(dāng)其完全轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪嗪螅∧け砻嫘蚊灿深w粒狀轉(zhuǎn)變成薄片狀。在光學(xué)特性方面，退火前后樣品在可見光區(qū)(350nm-800nm)的平均透射率都大于90％，但是相轉(zhuǎn)變前后透射曲線的形態(tài)略有不同;MSM器件的電學(xué)特性測試結(jié)果